WO1994004902A1 - Vakuum-messgerät für die integrale dichtigkeitskontrolle mit leichten gasen - Google Patents

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WO1994004902A1
WO1994004902A1 PCT/EP1993/002255 EP9302255W WO9404902A1 WO 1994004902 A1 WO1994004902 A1 WO 1994004902A1 EP 9302255 W EP9302255 W EP 9302255W WO 9404902 A1 WO9404902 A1 WO 9404902A1
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test
vacuum
valve
pump
line
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PCT/EP1993/002255
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Inventor
Günter REICH
Original Assignee
Leybold Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems

Definitions

  • Vacuum measuring device for integral tightness control with light gases
  • the invention relates to a vacuum measuring device for integral density scontro lle with light gases as test gas such as helium, with a test specimen enclosed by a test container, the test container containing test gas and the test specimen via a gas-tight, from the test container lead out with a test gas detector arranged therein is connected to a vacuum pump.
  • test gas such as helium
  • the invention also relates to a vacuum measuring device for integral tightness control with light gases as test gas such as helium, with a test object enclosed by a test container, this test gas containing and the test container being connected to a vacuum pump via a gas-tight line with a test gas detector arranged therein.
  • test gas such as helium
  • Both versions are functionally equivalent.
  • An integral tightness check is carried out on or with a test specimen either from the outside in by wrapping the test specimen, helium inlet in the casing and measuring the change in helium concentration in the test specimen, or from the inside out by helium inlet in the test specimen and measuring the Changes in helium concentration in the envelope.
  • the first principle is preferable for the control of vacuum components or installations.
  • test object For the integral sealing control from the inside to the outside, it is known to arrange the test object in a test container and to connect it to a test gas source via a line that runs through the container, or to connect the test object in one before Fill the test container with test gas, e.g. B. by a "bombing operation", whereas the test container is connected to a powerful vacuum pump via a vacuum line with a current measuring device for test gas.
  • a test gas source e.g. B.
  • test container is connected to a powerful vacuum pump via a vacuum line with a current measuring device for test gas.
  • a current measuring device for test gas is shown, for example, in FIG. 1a.
  • the reverse principle namely a known integral density control from the outside in, is shown in FIG. 1b.
  • the test object is located in a test container that is connected to a test gas source and filled with test gas.
  • the device under test is connected to a current measuring device for test gas via a line which is gastight through the cover of the test container, and this is connected to a powerful vacuum pump.
  • the invention has for its object the known Integral tightness control in a simple manner and in a flexible adaptation to the given special test conditions and to be provided with technical equipment additions that an exact tightness control by determination of the helium pressure increase is possible with a high degree of responsiveness even with a comparatively small leak.
  • the vacuum measuring device designed according to the invention is suitable for a highly sensitive integral tightness control by means of a test gas detector for detecting or evaluating a helium pressure or concentration increase even with comparatively small leaks.
  • a generic type vacuum measuring device is known from EP 0 194 836 B1.
  • this has a vacuum chamber for receiving a test gas-filled one DUT to be leak tested and a cryopump connected to the vacuum chamber, the cryopump having means for condensing a purge carrier gas such as nitrogen but not the detector gas.
  • the measuring device has a mass detector which is connected to the vacuum chamber in order to determine the detector gas emitted by the test object.
  • the known vacuum measuring device is connected to a vacuum pump in order to generate a vacuum when preparing for the leak detector cycle.
  • the vacuum pump can be a turbomolecular pump or a diffusion pump.
  • the cryopump has a helium compressor and a heater, and its inner surfaces are lined with lead.
  • the vacuum measuring device has a vacuum chamber volume of approximately 10 cm to approximately 300 cm for holding small electronic components.
  • the device wall of the known vacuum measuring device is extraordinarily large in relation to the test object, it is accordingly expensive to manufacture, operate and maintain and has relatively narrow limits for the size of a test specimen to be tested.
  • test object or the test container according to FIG. 2a or 2b is connected to the fore-vacuum of a turbomolecular pump. After sufficient evacuation, the valve to the first is closed by the first vacuum pump. From the helium pressure rise per measured on the high vacuum side of the turbomolecular pump Time unit
  • V, volume of the test object
  • V, volume of space between the test object
  • the response sensitivity of the integral tightness control is significantly increased by switching on the turbomolecular pump, because its compressive capacity for light test gas such as helium is much lower than for heavy gases such as nitrogen or water vapor. Practically all of them
  • One embodiment provides that a cold trap for liquid nitrogen is arranged in the branch line between the then arranged valve and the turbomolecular pump.
  • the Tota Ldruc kanst i eg is delayed by its binding.
  • He 11 pressure cannot rise as long as, in the arrangement according to the invention, the total pressure is less than the maximum permissible vacuum pressure at the fore-vacuum side of the turbomolecular pump.
  • the measurement time limited by the increase in total pressure is possible by the aforementioned interposition of a cold trap or pumps which do not detect helium, but form heavy gases.
  • the rate of pressure increase can also be increased if, in accordance with a further proposal, in addition to the turbomolecular pump connected upstream of the test gas detector, the line between DUT and connection point of the branch line a second high vacuum pump switched on and with the Hochvakuumsei te against the test specimen, with the Vorvakuumsei te against the first high vacuum pump, is arranged, the shut-off valve for the branch line then being arranged between the additional high vacuum pump and the turbomolecular pump.
  • a particularly advantageous arrangement arises after egg.
  • Another extension Ausgestta Lag in that in the branch line at a distance from their junction first the shut-off valve and between this and the detector two turbomolecular pumps with mutually opposing Vorvakuumsei th are arranged, of which these connecting branch of the branch line, another line branch is branched off with a shut-off valve, at the end of which a vacuum pump is arranged, with the vacuum side directed toward the shut-off valve.
  • This arrangement significantly increases the display sensitivity 11 in the high vacuum range.
  • An economically advantageous embodiment results from the fact that instead of the two turbomolecular pumps arranged in the branch line, a double-flow turbomolecular pump is used.
  • a very flexible adaptation to different tasks of tightness control is achieved in that a high-vacuum pump, preferably a molecular pump, is arranged between the valve of the branch line and the turbomolecular pump, with a bypass line bridging this and having a shut-off device, the two pumps can also be integrated into a common housing. With this arrangement, depending on the circumstances such. B. size and / or leaks of the test object, the additional molecular pump switched on or bridged.
  • a high-vacuum pump preferably a molecular pump
  • FIG. 1 device for integral tightness control with two turbomolecular pumps in the branch line and with an additional vacuum pump
  • Fig. Device similar to Fig. 2a, 2b, but with an additional molecular pump in the branch line and a bypass line bridging this.
  • FIGS. 1a and 1b show known arrangements with test specimens (10a) and (10b) enclosed in a test container (40a, 40b).
  • the test object (10a) is connected to a test gas line (not shown) via a test gas line (48) which is passed through the cover of the test container (40a), while the test container (40a) is connected via the vacuum connection (52 ) with the current measuring device (53) for test gas arranged therein is connected to a vacuum pump (not shown). If the test object (10a) has leaks, escapes through the pressure stage between the test gas pressure in the test object (10a) and the vacuum in the test container (40a) test gas into the test container (40a). The flow of the test gas is then displayed in the measuring device (53).
  • test container (40b) is connected via the connection (55) to a test gas source (not shown), while the test object (10b) via the vacuum line (49) and that therein arranged current measuring device (54) for test gas is connected to a vacuum pump (not shown).
  • test gas penetrates the test specimen (10b) due to existing leaks and is displayed in the measuring device (54).
  • the known leakage gas measuring arrangements are usable and useful, but their response accuracy and practical application leave something to be desired in many cases, especially when test specimens with comparatively very small leaks are to be tested.
  • FIGS. 2a, 2b each show a significantly improved vacuum measuring device according to the invention for integral tightness control with light gases as test gas such as helium, alternatively with a test object (10a) containing test gas in a test container (40a) (FIG. 2a ) or with a test gas containing test container (40b) with a test object (10b) (Fig. 2b).
  • the test object contains (10a) the test gas and the test container (40a) is via the line (41) with a valve arranged therein
  • test container (40b) is filled with test gas and the test object (10b) is connected to a vacuum pump (30) via the line (41) with a valve (20) arranged therein.
  • the gas-tight line (41) with the valve (20) arranged therein is connected to the vacuum pump (30).
  • the vacuum side (30b) is directed towards the test specimen (10) or against the test container (40) and the Vorvakuumsei te (30a) against the outlet.
  • branch line (42, 43) with a second valve designed as a shut-off device
  • test gas detector (50) can optionally be equipped with a digital display (51).
  • FIG. 3 A similar embodiment of the vacuum measuring device is shown in FIG. 3, in addition to that preceding the test gas detector (50)
  • Turbomolecular pump (31) in the branch line (42, 43) between the valve (21) and the turbomolecular pump ( 31 ) a cold trap (32) is arranged.
  • disruptive gases such as liquid nitrogen and z. B. released by gas release H-, 0, held.
  • Figure 4 shows a further modification of the measuring device According to Figures 2a and 2b, with a second high vacuum pump (33) switched on between the test object (10) or test container (40) and the connection point (47) of the branch line (42) and the high vacuum side (33b) against the test object (10) or .
  • the test container (40) and with the Vorvakuumsei te (33a) against the vacuum side (30b) of the first vacuum pump (30) is arranged, with the shut-off valve (21) of the branch line (42, 43) between the additional high vacuum pump ( 33) and the turbomolecular pump (31) is arranged.
  • the test container (40) or the test specimen (10) with the vacuum pump (30) or the two vacuum pumps (30, 33) in the Evacuation line (41) closed the connection valve il (20) to the vacuum pump (30) and, after opening the valve (21), connected the fore-vacuum side (31a) of the turbomolecular pump (31) and started the pump (31) and from the stroke pressure measured on the high-pressure side (31b) of the turbomolecular pump (31) per time
  • FIG Shown embodiment Another useful is shown in FIG Shown embodiment, which is preferably useful for large or variable gas extraction amounts.
  • this branch line (42 - 44) at a distance from its connection point (47) there is first the shut-off valve (21) and between this and the test gas detector (50) two turbomolecular pumps (34, 31) with mutually opposed fore-vacuum pumps ( 34a, 31a).
  • the shut-off valve (21) From the connecting line (43) of the branch line (42 - 44) another line branch (45) with a then arranged shut-off valve (22) branches off, at the end of which a vacuum pump (35), with the vacuum side (35b) against the Shut-off valve (22) or the connection point of the line branch (45) is arranged.
  • this pump (35) very advantageously supports the action of the two turbomolecular pumps (34 ) and (31) and in this way enables an extremely sensitive, highly sensitive integral seal 11 s control even with larger gas discharge quantities by the test gas detector (50).
  • a particularly economical arrangement is achieved in this embodiment of the vacuum measuring device by using a double-flow turbomolecular pump instead of the two turbomolecular pumps (34, 31) arranged in the branch line (42-44).
  • FIG. 6 shows an embodiment, in which, in deviation from the arrangements according to FIGS. 2a and 2b, a high vacuum pump (36), preferably a molecular pump, between the valve (21) in the branch line (42, 43) and the turbomolecular pump (31), with one bridging this and having a shut-off valve (23) Bypass line (46) is arranged.
  • This arrangement also serves to increase the compression effect of the upstream turbomolecular pump (31), in particular for the compression of heavy gases.
  • the bypass line (46) and the valve (23) switched on therein the molecular pump (36) can be bridged if necessary.
  • the invention with its different, but at the same time assignable to a uniform functional principle, design in an uncomplicated manner and using commercially available vacuum pumps, a flexible adaptation of the integral tightness control to different test conditions, for example as a result of smaller and larger leaks or in the case of smaller or larger test objects, and thus ideally solves Wise the task at the beginning.

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Abstract

Bei einem Vakuum-Meßgerät für die integrale Dichtigkeitskontrolle mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, mit einem von einem Prüfbehälter umschlossenen Prüfling, kann entweder der Prüfbehälter das Testgas enthalten, wobei der Prüfling über eine gasdichte, aus dem Prüfbehälter herausgeführte Leitung mit einem darin angeordneten Testgasdetektor an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, oder es kann alternativ der Prüfling das Testgas enthalten und der Prüfbehälter über eine gasdichte Leitung mit einem darin angeordneten Testgasdetektor an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein. Bei beiden alternativen Ausführungen des Vakuum-Meßgerätes wird eine signifikante Erhöhung der Ansprechgenauigkeit bei unterschiedlichen Prüfbedingungen dadurch erreicht, daß in der Leitung (41) ein als Absperrorgan ausgebildetes erstes Ventil (20) und endständig eine erste Vakuumpumpe (30) angeordnet und zwischen Prüfbehälter (40) und Ventil (20) eine Zweigleitung (42, 43) mit einem zweiten als Absperrorgan ausgebildeten Ventil (21) und am Zweigleitungsende der Testgasdetektor (50) angeordnet und dazwischen eine Turbomolekularpumpe (31), mit der Hochvakuumseite (31b) gegen den Detektor (50) gerichtet, angeordnet ist.

Description

Vakuum-Meßgerät für die integrale Di cht i gke i ts kont ro L L e mit leichten Gasen
Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Meßgerät für die integrale Di chti gkei ts skont ro l l e mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, mit einem von einem Prüfbehälter umschlossenen Prüfling, wobei der Prüfbehä L ter Testgas enthält und der Prüfling über eine gasdichte, aus dem Prüfbehälter herausgeführte Leitung mit einem darin angeordneten Testgasdetektor an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Vakuum-Meßgerät für die integrale Dichtigkeitskontrolle mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, mit einem von einem Prüfbehälter umschlossenen Prüfling, wobei dieser Testgas enthält und der Prüfbehälter über eine gasdichte Leitung mit einem darin angeordneten Testgasdetektor an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Beide Ausführungen sind funktionell äquivalent. Dabei erfolgt eine integrale Dichtigkeitskontrolle an oder mit einem Prüfling entweder von außen nach innen durch Umhüllung des Prüflings, Heliumeinlaß in die Hülle und Messung der He l i u konzent rat i onsände rung im Prüfling, oder von innen nach außen durch Heliumeinlaß in den Prüfling und Messung der Heliumkonzentrationsände ung in der Hülle. Für die Di c h11 gkei t s kont ro l le von Vakuumkomponenten oder Installationen ist das erste Prinzip vorzuziehen.
Für die integrale D 1 cht i gke i ts kont ro l l e von innen nach außen ist es bekannt, den Prüfling in einem Prüfbehälter anzuordnen und ihn über eine durch den Behälter geführte Leitung an eine Testgasque l le anzuschließen, oder den Prüfling vor Einbringung in einem Prüfbehälter mit Testgas zu füllen, z. B. durch eine "Bombing Operation", wogegen der Prüfbehälter über eine Vakuum Lei tung mit einem dann angeordneten Strommeßgerät für Testgas an eine leistungsfähige Vakuumpumpe angeschlossen ist. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der Figur 1a dargeste l It .
Das umgekehrte Prinzip, nämlich eine bekannte integrale Di c ht i gkei ts kont ro l l e von außen nach innen, ist in der Figur 1b dargestellt. Dabei befindet sich der Prüfling in einem Prüfbehä L ter, der an eine Testgasquelle angeschlossen und mit Testgas gefüllt ist. Der Prüfling ist über eine gasdicht durch den Deckel des Prüfbehä Iters hindurch geführte Leitung an ein Strom- Meßgerät für Testgas und dieses an eine leistungsfähige Vakuumpumpe angeschlossen.
Die bekannte integrale Di cht i gkei t skont ro l le hat sich zwar bewährt, jedoch ist die Ansprechempf i nd 11 chke 11 vielfach unbefriedigend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte integrale Dichtigkeitskontrolle in einfacher Weise und in flexibler Anpassung an die jewei ls gegebenen besonderen Prüfbedi ngungen derart auszugestalten und mit apparatetechnischen Ergänzungen zu versehen, daß eine exakte Dichtigkeitskontrolle durch Bestimmung des Helium-Druckanst egs auch bei vergleichsweise kleinerer Undichtigkeit mit hoher Ansprechempfindlichkeit ermög licht wird.
Die Lösung der Aufgabe wird bei einem Vakuum-Meßgerät für die integrale Di c ht i gke i ts kont ro l le der im Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 2 gekennzeichneten Art dadurch gelöst, daß in der Leitung ein als Absperrorgan ausgebi ldetes erstes Venti l und endständig eine erste Vakuumpumpe angeordnet und zwischen Prüfbehälter und Venti l eine Zweigleitung mit einem zweiten, ais Absperrorgan ausgebi ldeten Venti l und am Zweigleitungsende der Testgasdetektor angeordnet und dazwischen eine Turbomolekularpumpe, mit der Hoch akuu se i te gegen das Meßgerät gerichtet, angeordnet ist.
Mit Vortei l eignet sich das erfindungsgemäß ausgebi ldete Vakuum-Meßgerät für eine hochempfindliche integrale Dichtigkeitskontrolle mittels eines Testgasdetektors zur Erfassung bzw. Auswertung eines Helium- Druck bzw. Konzent rat i onsanst i eges auch bei vergleichsweise kleinen Undichtigkeiten.
Ein gattungsähnliches Vakuum-Meßgerät ist aus der EP 0 194 836 B1 bekannt. Dieses weist als Prüfbehälter eine Vakuumkammer zur Aufnahme eines mit Testgas gefüllten Prüflings auf, der Lecktests unterzogen werden soll, sowie eine Kryopumpe, die mit der Vakuumkammer verbunden ist, wobei die Kryopumpe eine Einrichtung zum Kondensieren eines Spü L-Trägergases wie Stickstoff, aber nicht des Detektorgases hat. Das Meßgerät weist einen Massendetektor auf, der mit der Vakuumkammer verbunden ist, um vom Prüfling emittiertes Detektorgas festzustellen. Weiter ist das bekannte Vakuum-Meßgerät an eine Vakuumpumpe angeschlossen, um bei der Vorbereitung für den Leckdetektorzyklus ein Vakuum zu erzeugen. Die Vakuumpumpe kann eine Turbomolekularpumpe oder eine Di ffus i onspu pe sein. Die Kryopumpe weist einen Heliumkompressor und einen Erhitzer auf, und ihre Innenflächen sind mit Blei ausgekleidet. Das Vakuum-Meßgerät besitzt ein Vakuumkammer-Vo Lumen von etwa 10 cm bis etwa 300 cm für die Aufnahme kleiner elektronischer Komponenten. Insgesamt ist der Geräteau wand des bekannten Vakuum-Meßgerätes in Relation zum Testgegenstand außerordentlich groß, es ist dementsprechend kostenträchtig in Herstellung, Betrieb und Wartung und weist relativ enge Grenzen für die Größenordnung eines zu testenden Prüflings auf.
Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung, z.B. nach der vorgenannten EP 0 194 836 B1 , wird nach der Erfindung der Prüfling bzw. der Prüfbehälter gemäß Fig 2a oder 2b mit der Vorvakuu sei te einer Turbomolekularpumpe in Verbindung gebracht. Nach hinreichender Evakuierung zunächst durch die erste Vakuumpumpe wi d das Venti l zu dieser geschlossen. Aus dem dann auf der Hochvakuumseite der Turbomolekularpumpe gemessenen Heliumdruckanstieg pro Zeiteinheit
Figure imgf000007_0001
erhält man die He l i um-Lec k rate :
Figure imgf000007_0002
darin bedeuten :
KH = Kompressionsvermögen der TMP für He
V, = Volumen des Prüflings, bzw.
V, = Volumen des Raumes zwischen Prüfling
und Prüfkammer
P,. / t = Druckanstieg von He pro Zeiteinheit He a
q = Leckrate
Die Ansprech-Empfi nd l i chkei t der integralen Dichtigkeitskontrolle wird durch das Einschalten der Turbomolekularpumpe signifikant erhöht, wei l deren Kompressionsvermögen für leichtes Testgas wie Helium sehr viel geringer ist, als für schwere Gase wie Stickstoff oder Wasserdampf. Das praktisch an allen
Flächen molekular gebundene Wasser verursacht
-4 beispielsweise bei einem Vakuum von 10 mbar eine
Abgabe von Gas, nach dessen Abpumpen im Testgasdetektor nur noch Helium und gegebenenfalls Wasserstoff vorhanden sind, ohne Anwesenheit eines schwereren Störgases. Zwischen der Vorvakuumse i te der Turbomolekularpumpe und deren Hochvakuumseite ergibt sich ein Druckgefälle für das Einfließen von Helium aus dem System in die Meßeinrichtung unter zunehmendem Druck bzw. Konzentration, die dann im Testgasdetektor gemessen werden können. Die folgenden Beschreibungen sollen immer für beide Anordnungen gemäß Fig. 2a und 2b gelten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, daß in die Zweigleitung zwischen dem dann angeordneten Venti l und der Turbomolekularpumpe eine Kühlfalle für flüssigen Stickstoff angeordnet ist. Durch dessen Bindung wird der Tota Ldruc kanst i eg verzögert.
Ein bei der Messung gleichzeitig stattfindender
Tota Ldruc kanst i eg stört die Messung des
He 11 umdruc kanst i eges nicht, solange bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Totaldruck kleiner als derVmaximal zulässige Vakuumdruck an der Vorvakuumse i te der Turbomo l eku La rpumpe ist.
Darüber hinaus ist eine Verlängerung der durch Tota ldruckanst i eg begrenzten Meßzeit möglich durch die vorgenannte Zwischenschaltung einer Kühlfalle bzw. von Pumpen, die Helium nicht erfassen, jedoch schwere Gase bi nden .
Auch kann die Druckanstiegsgesch indigkeit vergrößert werden, wenn entsprechend einem weiteren Vorschlag zusätzlich zu der dem Testgasdetektor vorgeschalteten Turbomolekularpumpe in den Leitungsstrang zwischen Prüfling und Anschlußstelle der Zweigleitung eine zweite Hochvakuumpumpe eingeschaltet und mit der Hochvakuumsei te gegen den Prüfling, mit der Vorvakuumsei te gegen die erste Hochvakuumpumpe, angeordnet ist, wobei dann das Absperrventil für die Zweigleitung zwischen der zusätzlichen Hochvakuumpumpe und der Turbomolekularpumpe angeordnet ist.
Für den Fall, daß V (das ist das Volumen zwischen 33a und 31a in Fig. 4) klein gegen V, ist, erhält man für den Druckanstieg
/ (K
PHe' * He V und für die Heliu rate
= KHe • E ^He t}
Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich nach ei nem .wei teren Ausgesta ltungsvorsch Lag dadurch, daß in der Zweigleitung im Abstand von deren Anschlußstelle zunächst das Absperrventil und zwischen diesem und dem Detektor zwei Turbomolekularpumpen mit einander entgegengeπ chteten Vorvakuumsei ten angeordnet sind, wobei von dem diese verbindenden Strang der Zweigleitung ein weiterer Leitungszweig mit einem Absperrventil abgezweigt ist, an dessen Ende eine Vakuumpumpe, mit der Vakuumseite gegen das Absperrventil gerichtet, angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die Anzei geempfind11 chke11 im Hoch akuumberei ch nochmals signifikant erhöht. Eine wirtschaftlich vortei lhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß anstelle der beiden in der Zweigleitung angeordneten Turbomo leku L a rpumpen eine zweiflutige Turbomolekularpumpe eingesetzt ist.
Eine sehr flexible Anpassung an unterschiedliche Aufgabenstellungen der Dichtigkeitskontrolle wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Venti l der Zweiglei ung und der Turbomolekularpumpe eine Hochvakuumpumpe, vorzugsweise eine Molekularpumpe, mit einer diese überbrückenden und ein Absperrorgan aufweisenden Bypass le i tung angeordnet ist, wobei die beiden Pumpen auch in ein gemeinsames Gehäuse integriert sein können. Bei dieser Anordnung kann entsprechend den Gegebenheiten, wie z. B. Größe und/oder Undichtigkeiten des Prüflings, die zusätzliche Molekularpumpe zugeschaltet oder überbrückt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vortei le der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Fig. 1a, 1b bekannte Anordnungen für die integrale Dichtigkeitskontrolle von innen nach außen (Fig. 1a) und von außen nach nnen (Fig. 1b), Fig. 2a, 2b alternative Anordnungen des Gerätes zur integralen Di c ht i gke i ts kont ro l L e nach der Erfindung,
Fig. 3 Gerät zur integralen Dichtigkeits¬ kontrolle mit zusätzlicher Kühlfalle,
Fig. 4 Gerät zur integralen Dichtigkeits¬ kontrolle mit zusätzlicher Hoch¬ vakuumpumpe zwischen Prüfling und Zweigleitung,
Fig Gerät zur integralen Dichtigkeits¬ kontrolle mit zwei Turbomolekularpumpen in der Zweigleitung und mit einer zusätzlichen Vakuumpumpe,
Fig Gerät ähnlich Fig. 2a, 2b, jedoch mit einer zusätzlichen Molekularpumpe in der Zweigleitung und einer diese überbrückenden Bypassleitung.
Die Figuren 1a und 1b zeigen bekannte Anordnungen mit in jewei ls einem Prüfbehälter (40a, 40b) eingeschlossenen Prüflingen (10a) und (10b) . Der Prüfling (10a) ist gemäß Fig. 1a über eine durch den Deckel des Prüfbehä l ters (40a) hindurchgeführte Tes gasleitung (48) an eine (nicht dargestellte) Testgasque L le angeschlossen, während der Prüfbehälter (40a) über den Vakuumanschluß (52) mit dem darin angeordneten Strom-Meßgerät (53) für Testgas an eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe angeschlossen ist. Wenn der Prüfling (10a) Leckstellen aufweist, entweicht durch diese über die Druckstufe zwischen dem Testgasdruck im Prüfling (10a) und dem Vakuum im Prüfbehälter (40a) Testgas in den Prüfbehälter (40a) . Der Strom des Testgases wird dann im Meßgerät (53) angezeigt.
Bei der umgekehrten Anordnung der Fig. 1b steht der Prüfbehä.ite r (40b) über den Anschluß (55) mit einer (nicht gezeigten) Testgasquelle in Verbindung, während der Prüfling (10b) über die Vakuum le i tung (49) und das darin angeordnete Strom-Meßgerät (54) für Testgas an eine (nicht gezeigte) Vakuum-Pumpe angeschlossen ist. Infolge des Druckgefälles zwischen dem Prüfbehälter (40b) und dem Vakuum im Prüfling (10b) dringt durch vorhandene Undichtigkeiten Testgas in den Prüfling (10b) ein und wird im Meßgerät (54) zur Anzeige gebracht. Die bekannten Leckgas-Meßanordnungen sind zwar brauchbar und nützlich, jedoch läßt deren Ansprec h-Genaui gkei t und praktische Anwendung in vielen Fällen zu wünschen übrig, besonders dann, wenn Prüflinge mit vergleichsweise sehr kleinen Undichtigkeiten geprüft werden sollen.
Die Figuren 2a, 2b zeigen je ein wesentlich verbessertes erfindungsgemäßes Vakuum-Meßgerät zur integralen Dichtigkei skontrolle mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, und zwar alternativ mit einem Testgas enthaltenden Prüfling (10a) in einem Prüfbehälter (40a) (Fig. 2a) bzw. mit einem Testgas enthaltenden Prüfbehälter (40b) mit einem Prüfling (10b) (Fig. 2b). Gemäß Figur 2a enthält der Prüfling (10a) das Testgas und der Prüfbehälter (40a) ist über die Leitung (41) mit einem darin angeordneten Ventil
(20) an eine Vakuumpumpe (30) angeschlossen. Gemäß Figur 2b ist der Prüfbehälter (40b) mit Testgas gefüllt und der Prüfling (10b) ist über die Leitung (41) mit einem darin angeordneten Ventil (20) an eine Vakuumpumpe (30) angeschlossen. In beiden alternativen Ausführungen ist die gasdichte Leitung (41) mit dem darin angeordneten Ventil (20) an die Vakuumpumpe (30) angeschlossen. Deren Vakuumseite (30b) ist gegen den Prüfling (10) bzw. gegen den Prüfbehälter (40) und die Vorvakuumsei te (30a) gegen den Auslaß zu gerichtet. Zwischen Prüfbehälter (40) bzw. Prüfling (10) und Venti l (20) ist bei (47) eine Zweigleitung (42, 43) mit einem zweiten, als Absperrorgan ausgebildeten Ventil
(21) und am Zweigleitungsende der Testgasdetektor (50) angeordnet. Dazwischen ist eine Turbomolekularpumpe (31), mit der Hochvakuumseite (31b) gegen den Testgasdetektor (50) gerichtet, angeordnet. Der Testgasdetektor (50) kann wahlweise mit einer Digitalanzeige (51) ausgerüstet sein.
In Figur 3 ist eine ähnliche Ausgestaltung des Vakuum- Meßgerätes gezeigt, wobei zusätzlich zu der dem Testgasdetektor (50) vorgeschalteten
Turbomolekularpumpe (31) in die Zweigleitung (42, 43) zwischen dem Ventil (21) und der Turbomolekularpumpe (31) eine Kühlfalle (32) angeordnet ist. In dieser werden Störgase wie flüssiger Stickstoff und z. B. durch Gasabgabe freigesetztes H-,0, festgehalten.
Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung des Meßgerätes nach den Figuren 2a und 2b, wobei zwischen Prüfling (10) bzw. Prüfbehälter (40) und Anschlußstelle (47) der Zweigleitung (42) eine zweite Hochvakuumpumpe (33) eingeschaltet und mit der Hochvakuumseite (33b) gegen den Prüfling (10) bzw. der Prüfbehälter (40) und mit der Vorvakuumsei te (33a) gegen die Vakuumseite (30b) der ersten Vakuumpumpe (30), angeordnet ist, wobei dann das Absperrventi l (21 ) der Zweigleitung (42, 43) zwischen der zusätzlichen Hochvakuumpumpe (33) und der Turbomolekularpumpe (31 ) angeordnet ist.
Bei allen diesen Ausgestaltungen wird prinzipiell so vorgegangen, daß nach hinreichender Vor-Eva ku l e rung des Prüfbehä l te rs (40) bzw. des Prüflings (10) mit der Vakuumpumpe (30) oder den beiden Vakuumpumpen (30, 33) in der Evakui erungs Lei tung (41) das Verbi ndungsvent i l (20) zur Vakuumpumpe (30) geschlossen und nach Öffnung des Venti ls (21 ) die Vorvakuumsei te (31a) der Turbomolekularpumpe (31) angeschlossen und die Pumpe (31 ) in Tätigkeit gesetzt und aus dem dann auf der Hoch akuumse i te (31b) der Turbomolekularpumpe (31 ) gemessenen He l i umdruc kanst i eg pro Zeit
= qL/ (K
PHe' t He V die Heliumrate
qL = KHe - Vk PHe' t }
errechnet wird,
In der Figur 5 ist eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung gezeigt, die bevorzugt für große bzw. variable Gasabsaugmengen zweckmäßig ist. Bei dieser sind in der Zweigleitung (42 - 44) im Abstand von deren Anschlußstelle (47) zunächst das Absperrventi l (21 ) und zwischen diesem und dem Testgasdetektor (50) zwei Turbomolekularpumpen (34, 31) mit einander entgegengeπ chteten Vorvakuumse i ten (34a, 31a) angeordnet. Von dem diese verbindenden Leitungsstrang (43) der Zweigleitung (42 - 44) ist ein weiterer Leitungszweig (45) mit einem dann angeordneten Absperrventi l (22) abgezweigt, an dessen Ende eine Vakuumpume (35), mit der Vakuumseite (35b) gegen das Absperrventi l (22) bzw. die Anschlußstelle des Leitungszweiges (45) gerichtet, angeordnet ist. Die Anordnung dieser Pumpe (35) unterstützt sehr vortei lhaft die Wirkung der beiden Turbomolekularpumpen (34) bzw. (31 ) und ermöglicht auf diese Weise auch bei größeren Gasabzugsmengen eine außerordentlich feinfühlige, hochempfindliche integrale D i c ht i gke 11 s kont ro l le durch den Testgasdetektor (50) . Eine besonders wirtschaftliche Anordnung wi rd bei dieser Ausgestaltung des Vakuum-Meßgerätes dadurch erreicht, daß anstelle der beiden in der Zweigleitung (42 - 44) angeordneten Turbomo leku L a rpu pen (34, 31 ) eine zweiflutige Turbomolekularpumpe eingesetzt ist.
Schließlich zeigt Figur 6 eine Ausgestaltung, wobei in Abweichung von den Anordnungen nach Fig. 2a und 2b zwischen dem Venti l (21) in der Zweigleitung (42, 43) und der Turbomolekularpumpe (31) eine Hochvakuumpumpe (36), vorzugsweise eine Molekularpumpe, mit einer diese überbrückenden und ein Absperrventi l (23) aufweisenden Bypass Lei tung (46) angeordnet ist. Diese Anordnung dient ebenfalls einer Steigerung der Kompressionswirkung der vorgeschalteten Turbomolekularpumpe (31 ), insbesondere für die Kompression schwerer Gase. Durch Anordnung der Bypass Lei tung (46) und des darin eingeschalteten Venti ls (23) kann im Bedarfsfall die Molekularpumpe (36) überbrückt werden.
Die Erfindung ermöglicht mit ihren unterschiedlichen, zugleich aber einem einheitlichen Funktionsprinzip zuordenbaren Ausgestaltungen in unkomplizierter Weise sowie unter Verwendung handelsüblicher Vakuumpumpen eine flexible Anpassung der integralen Dichtigkeitskontrolle an unterschiedliche Prüfbedingungen, beispielsweise infolge kleinerer und größerer Lecks bzw. bei kleineren oder größeren Prüflingen und löst damit in idealer Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims

Ansprüche
1. Vakuum-Meßgerät für die integrale
Dichtigkeitskon rolle mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, mit einem von einem Prüfbehälter umschlossenen Prüfling, wobei der Prüfbehälter Testgas enthält und der Prüfling über eine gasdichte, aus dem Prüfbehälter herausgeführte Leitung mit einem dann angeordneten Testgasdetektor an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (41) ein als Absperrorgan ausgebi ldetes erstes Venti l (20) und endständig eine erste Vakuumpumpe (30) angeordnet und zwischen Prüfbehälter (40) und Venti l (20) eine Zweigleitung (42, 43) mit einem zweiten als Absperrorgan ausgeb ldeten Venti l (21) und am Zweigleitungsende der Testgasdetektor (50) angeordnet und daz ischen eine Turbomolekularpumpe (31 ), mit der Hochvakuumseite (31b) gegen den Testgasdetetor (50) gerichtet, angeordnet ist.
2. Vakuum-Meßgerät für die integrale ichtigkeitskontrolle mit leichten Gasen als Testgas wie Helium, mit einem von einem Prüfbehälter umschlossenen Prüfling, wobei dieser Testgas enthält und der Prüfbehälter über eine gasdichte Leitung mit einem darin angeordneten Testgasdetektor an e ne Vakuumpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (41 ) ein als Absperrorgan ausgebi ldetes erstes Venti l (20) und endständig eine erste Vakuumpumpe (30) angeordnet und zwischen Prüfbehälter (40) und Venti l (20) eine Zweigleitung (42, 43) mit einem zweiten als Absperrorgan ausgebi ldeten Venti l (21 ) und am Zweigleitungsende der Testgasdetektor (50) angeordnet und dazwischen eine Turbomolekularpumpe (31 ), mit der Hochvakuumseite (31b) gegen den Testgasdetektor (50) gerichtet, angeordnet ist.
3. Vakuum-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze.ichnet, daß in der Zweigleitung (42, 43) zwischen dem darin angeordneten Venti l (21 ) und der Turbomolekularpumpe (31 ) eine Kühlfalle .(32) für flüssigen Stickstoff angeordnet ist.
4. Vakuum-Meßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der dem Tes gasdetektor (50) vorgeschalteten Turbomolekularpumpe (31 ) in den Leitungsstrang (41) eine zweite Hochvakuumpumpe (33) eingeschaltet und mit der Hochvakuumseite (33b) gegen den Prüfling (10) bzw. gegen den Prüfbehälter (40) mit der Vorvakuumseite (33a) 'gegen die erste Vakuumpumpe (30), angeordnet und das Absperrventi l (21 ) der Zweigleitung (42, 43) zwischen der zusätzlichen Hochvakuumpumpe (33) und der Turbomolekularpumpe (31 ) angeordnet ist.
5. Vakuum-Meßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zweigleitung (42 - 44) im Abstand von deren Anschlußstelle (47) zunächst das Absperrventi l (21 ) und zwischen diesem und dem Testgasdetektor (50) zwei Turbomolekularpumpen (34, 31 ) mit einander entgegengerichteten Vorvakuumse i ten (34a, 31a) angeordnet sind, wobei von dem diese verbindenden Strang (43) der Zweigleitung (41 - 44) ein weiterer Leitungszweig (45) mit einem Absperrventi l (22) abgezweigt ist, an dessen Ende eine Vakuumpumpe (35), mit der Vakuumseite (35b) gegen das Absperrventi l (22) gerichtet, angeordnet ist.
6. Vakuum-Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der beiden in der Zweigleitung (42 - 44) angeordneten Turbomolekularpumpen (34, 31) eine zweiflutige Turbomo Leku l arpumpe eingesetzt ist.
7. Vakuum-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zweigleitungsstrang (43) zwischen dem Venti l (21 ) und der Turbomo Leku l a rpumpe
(31 ) eine Hochvakuumpumpe (36), vorzugsweise eine
Molekularpumpe, mit einer diese überbrückenden und ein v Absperrorgan (23) aufweisenden Bypass l e i tung (46) angeordnet ist, fallweise in Kombination mit der dem
Testgasdetektor (50) vorgeschalteten
Turbomo leku Larpumpe (31).
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